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Tüfteln am Durchbruch Hightech-Membran soll Meerwasser trinkbar machen

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Meerwasser zu Trinkwasser? Neue Technologien sollen es einfacher machen.

(Foto: PantherMedia / Erik Reis)

Es klingt verheißungsvoll: Durch eine Membran gepresst soll salziges oder verschmutztes Wasser trinkbar werden. Doch noch immer gibt es technische Schwierigkeiten, welche den weltweiten Durchbruch verhindern. Forschende arbeiten nun an einer Lösung.

Mehr als zwei Milliarden Menschen weltweit haben laut UNICEF keinen regelmäßigen Zugang zu sauberem Wasser. Darum wird weltweit an Technologien geforscht, die die Situation verbessern könnten. Ein Hoffnungsträger sind mikroporöse Polymer-Membranen. Mit ihnen lässt sich Wasser selbst von feinst verteilten und gelösten Schadstoffen befreien, um es trinkbar zu machen. Und sie können Meerwasser entsalzen, ohne es dafür auf 100 Grad erhitzen zu müssen.

Solche Membranen untersucht die Abteilung von Volkan Filiz am Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht. Sie funktionieren im Prinzip wie ein Sieb und ein Magnet gleichzeitig: "Wenn wir damit schadstoffbelastetes Wasser filtern, werden Bakterien und Viren aufgrund ihrer Größe zurückgehalten, während das Wasser hindurchschlüpft", erklärt Filiz. Für viele Schadstoffe im Wasser sind die richtigen Materialien und Porengrößen bekannt, um sie herauszufiltern. Auch von Öl lässt sich Wasser mit Polymermembranen effektiv befreien, indem man ölabweisende Stoffe verwendet.

Membran hält Salzkristalle zurück

Membranen zur Aufbereitung von Salz- zu Trinkwasser sind nicht porös. Sie sind dicht wie Frischhaltefolie, enthalten aber dennoch nanometerkleine Lücken, durch die die kleinen Wassermoleküle hindurchpassen, Salze hingegen nicht. "Dazu muss man das Wasser allerdings mit viel Druck durch die Membran pressen", räumt Filiz ein.

Dennoch sei der Energieaufwand geringer als bei der herkömmlichen Meerwasserentsalzung, für die das Wasser mit Hitze destilliert und der Wasserdampf aufgefangen wird. "Aktuell suchen wir die energieeffizienteste Kombination aus Membran- und Destillierverfahren", sagt Filiz. Diese sogenannte Membran-Destillation funktioniert dann im Prinzip wie eine Gore-Tex-Jacke: Sie lässt kein Wasser hindurch, aber den durch Wärme produzierten Wasserdampf.

Ein Hauptgrund, warum sich solche Membranen nicht längst weltweit durchgesetzt haben, ist ihre kurze Haltbarkeit. Wo immer man sie als Wasserfilter einsetzt, bildet sich mit der Zeit ein Biofilm, der sie zersetzt. "Dieses sogenannte Fouling zu reduzieren, ist eines unserer wichtigsten Forschungsfelder", sagt Filiz. Es gelte, die Lebensdauer der Membran zu erhöhen und so die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Große Hoffnungen liegen hier auf Polydopamin. Das ist das natürliche Klebemittel, mit dem Miesmuscheln unter Wasser bombenfest an Felsen haften. Auf eine Membran aufgetragen wirkt es hydrophil - es wechselwirkt also gern mit Wasser, aber weist Fremdstoffe ab.

"Schlüsselthema für die Zukunft"

Um optimale Filter für verschiedenste Zwecke zu entwickeln, müssen Forschende die Grenzflächeneffekte zwischen den Polymeren und dem Wasser genau verstehen. Dazu braucht es nicht zuletzt Untersuchungen auf atomarer Ebene, wie sie die Großforschungsanlagen der Helmholtz-Gemeinschaft bieten können.

Die Forschung dazu soll in einem neuen, weltweit einzigartigen Zentrum gebündelt werden: Gemeinsam mit Partnern aus ganz Europa plant DESY den Bau des Centre for Molecular Water Science (CMWS). Interdisziplinär angelegt soll es das Thema aus den unterschiedlichsten Fachrichtungen beleuchten: Physik, Biophysik, Medizin, Klimaforschung, Astrochemie, Umwelttechnik.

Mehr zum Thema

"Wasser ist eines der Schlüsselthemen für die Zukunft", sagt Anders Nilsson von der Universität Stockholm, einer der renommiertesten Wasserforscher der Welt. "Das Zentrum wird uns in die Lage versetzen, unser Wissen darüber entscheidend zu vertiefen."

Weiterlesen: Der Artikel "Wasser - Die seltsamste Flüssigkeit der Welt" erschien zuerst auf helmholtz.de.

(Dieser Artikel wurde am Samstag, 27. August 2022 erstmals veröffentlicht.)

Quelle: Frank Grotelüschen/Jan Berndorff/helmholtz.de

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